西藏那羊高速公路沥青路面初始平整度控制

肖 瑶，李善强，许新权，青 健，吴土福

(1.公路交通安全与应急保障技术及装备交通运输行业研发中心，广州 510420；2.广东交科技术研发有限公司，广州 510550)

0 引言

对于大多数驾乘人员来说，评价一条公路的好坏，更多的是从驾乘体验方面来直观感受，也就是行车舒适性，而影响行车舒适性的一个最重要因素就是路面平整度。对于沥青混凝土路面而言，刚刚建成通车的平整度称之为初始平整度，初始平整度的好坏对路面后期运营期间的平整度影响最大[1]。

相关研究表明，初始平整度越好，路面后期的运营、养护成本越低[2]。随着高等级公路对路面平整度的要求越来越高，亟待研发提出一套提升沥青路面初始平整度的关键技术。

1 工程概况

西藏那羊高速公路起于那曲火车站，经罗玛镇、香茂乡、古露镇、乌玛塘乡、阿热湿地、当雄县城、宁中乡，止于羊八井镇。项目路线总长227km，采用双向四车道设计，全线共设桥梁145座，隧道1座，桥隧比16.79%[3]。西藏那羊高速公路作为重要的进出藏通道，是目前世界上海拔最高的高速公路，平均海拔4 500m[4]。由于西藏特殊的地理气候条件，虽然日照时间较长，但全年大风日偏多，日温差较大，沥青混合料降温速度较快，沥青路面初始平整度控制成为路面铺筑的一大难题。

2 沥青路面平整度控制的重要性

2.1 保障行车安全及行车舒适性

路面平整度的优劣对保证行车安全及行车舒适性具有重要作用，路面平整度越高，车辆在行驶过程中的安全性也越高。相反，平整度较差的路面，车辆在快速行驶的过程中，剧烈的行车颠簸不仅会降低行车的舒适性，也会降低行车的安全性。此外，平整度较差的路面在低洼处更容易产生路面积水，对于高速公路而言，路面积水存在严重的行车安全隐患，这是因为路面一旦出现积水就会降低轮胎与路面之间的摩擦阻力，极易导致交通事故的发生。因此，提升路面平整度对保障行车安全及行车舒适性具有重要作用。

2.2 保障路面使用寿命

平整度是路面使用寿命的影响因素之一，这是因为平整度越高的路段，车辆在行驶过程中与路面的作用力越小，车辆的行车载荷对路面造成的破坏就越小。同时平整度越高，路面的积水就会越少，路面积水也是路面水损坏的主要成因之一，提高路面平整度可以避免因为路面积水造成的水损坏，进而延长路面使用寿命[5]。如图1 所示，路面出现的积水、坑槽、裂缝等病害会对路面的使用性能造成严重影响，虽然造成以上路面病害的原因不尽相同，但是路面平整度是其中重要的因素之一。

图1 沥青路面病害

3 沥青路面初始平整度影响因素

3.1 混合料质量

沥青混合料的质量对路面初始平整度有重要影响[6]。沥青混合料质量主要取决于集料质量、沥青质量、配合比和拌合质量等，沥青混合料质量较差会导致路面容易发生粗细离析，进而影响路面平整度。混合料的温度均匀性也会对平整度造成影响，一般处于运料车车厢边缘、摊铺机受料斗两侧的沥青混合料，由于与空气或周围物体接触，热量交换较多，冷却速度较快，从而导致这部分沥青混合料温度偏低，在碾压过程中存在难以压实的问题，进而影响路面的平整度。

3.2 下承层

沥青混凝土路面一般采用分层铺筑，传统施工工法中对于平整度的调控方法单一，在沥青路面铺筑过程中，下承层对施工层平整度的影响往往不能得到足够的重视。对于沥青混凝土路面而言，下承层不仅在路面结构中起着承接上一层结构的作用，在铺筑过程中也是摊铺机平稳行进的重要保障，如果下承层平整度较差，摊铺机在摊铺过程中就会出现难以找平、甚至出现颠簸的现象，进而影响摊铺厚度的均匀性，最终导致成型路面平整度的下降。

3.3 摊铺

沥青混合料在摊铺过程中，摊铺机械的性能、功率及摊铺工艺的控制都将会对路面平整度造成影响，其中，摊铺机需要性能稳定、功率满足摊铺厚度和摊铺速度的要求。在摊铺过程中应严格控制摊铺速度，一是要保证摊铺速度的恒定；二是要保证摊铺速度快慢适中，摊铺速度过快会造成混合料松铺厚度减小，摊铺速度过慢会影响工程整体进度。此外，摊铺过程中应避免长时间停机待料，长时间停机待料会导致摊铺机附近的沥青混合料不能及时碾压，出现压实度不一致的现象，进而影响成型路面的平整度。

3.4 碾压

在碾压过程中，压路机的种类、吨位和碾压工艺的选择对平整度的控制也十分重要。首先，应通过试验段的铺筑，选择能够满足压实度要求的碾压设备和碾压工艺，例如钢轮压路机及胶轮压路机需配备的数量和碾压遍数等；其次，应严格控制压路机的碾压速度、碾压温度和碾压路线。值得注意的是，应保证碾压过程的统一性，避免压路机因碾压不一致出现欠压和过压现象，进而保证压实度的一致性。

3.5 接缝

沥青路面在铺筑过程中不可避免地会出现接缝的现象，但应减少不必要的施工接缝，原因是接缝处施工难度较大，往往接缝处的平整度会较其他位置的平整度偏差，接缝施工处理不当还会出现跳车现象。因此，应重视接缝处的施工控制。

4 沥青路面平整度控制技术

结合上述对平整度影响因素的探究分析并结合西藏高原地区特殊的气候条件，针对G6京藏高速那羊段沥青路面初始平整度控制，提出相应的技术措施。

4.1 沥青混合料控制

沥青混合料对原材料的质量要求较高，沥青混合料的质量在很大程度上由沥青、粗骨料、细骨料等原材料的质量及其配合比所决定。

4.1.1 原材料质量控制

(1)通过对项目石场实地调研，如图2 所示，充分了解粗集料和细集料的具体指标，对不适用于该项目的集料及时进行更换。

图2 矿料质量控制

(2)传统的沥青质量控制一般采用三大指标的检测方法，但三大指标试验时间较长，且试验繁琐。本项目采用沥青指纹识别快速检测技术，如图3 所示，该项技术可以对项目所用沥青的纯度、改性剂的产量进行准确快速的测定分析，保障了沥青的质量[7]。

图3 沥青质量控制

4.1.2 配合比优化设计

虽然西藏平均气温不高，但日照时间长、太阳辐射强，沥青路面的路表温度可达60℃，极易形成车辙，严重影响路面的平整度。该项目采用兼具高低温性能的骨架密实型沥青混合料(GAC)对施工单位设计的各面层混合料配合比进行优化，如图4和图5所示。采用优化后的配合比进行铺筑，显著提升了沥青路面的铺筑效果。

图4 AC-13合成级配优化曲线

图5 AC-16合成级配优化曲线

4.1.3 配合比稳定性控制

为了保证生产配合比的稳定性，定期对拌合楼热料仓集料进行筛分，将筛分后的矿料级配与生产配合比进行对比，确保每档集料的通过率保持稳定。图6为项目某标段AC-16沥青混合料配合比稳定性控制曲线，由图6可见，该混合料9.5mm筛孔通过率已超过级配下限，据此结合现场铺筑效果，对原材料及配合比进行了调整。

图6 配合比稳定性控制曲线

4.2 施工工艺控制

4.2.1 拌合及运输控制

(1)严格控制沥青混合料的拌合温度及拌合时间。由于高原地区混合料降温较快，在保证沥青不发生加热老化的前提下适当提高沥青混合料的拌合温度，以保证后期的摊铺温度。保证拌合时间，以保证拌合的均匀性。

(2)协调前场施工速度与拌合站的出料速度，尽可能让拌合站的最大产能与混合料的运输、摊铺相匹配，保证摊铺施工的连续性且摊铺机不停机待料。若摊铺机停机待料，则沥青混合料往往会出现温度离析，碾压后造成平整度下降。

(3)由于高原地区具有大风等极寒气候，对运输车辆加强了保温措施。如图7所示，在车辆厢板加装保温板，车辆顶部采用加厚棉布覆盖进行保温，运输过程及到场摊铺全程不掀布，进而保证沥青混合料温度的均匀性，避免混合料发生温度离析。

图7 运料车全程盖布卸料

4.2.2 摊铺控制

(1)摊铺前熨平板预热。每天开始摊铺作业前，应预热摊铺机熨平板。预热的目的是提高熨平板的温度，保证摊铺起步阶段高温的混合料不粘结熨平板，避免摊铺层面出现拖痕、坑洞等不平整的现象。

(2)摊铺机料位控制。工程实践表明，不同型号摊铺机螺旋布料器内的料位高度控制不尽相同，应根据摊铺机型号及功率进行调整，一般大功率的摊铺机高料位摊铺效果更佳。此外，调整好的螺旋布料器料位高度应保持稳定，避免忽高忽低，影响摊铺厚度的稳定。

(3)全程不收斗摊铺。摊铺机料斗两侧尾料由于不能及时输送进螺旋布料器，温度保存条件差，降温速度快，当一车料摊铺结束后，尾料温度已经低于碾压温度，若此时收斗则该部分混合料在碾压后无法碾压密实，进而影响路面的平整度。鉴于高原地区尾料降温更为严重，提出摊铺机全程不收斗摊铺，使料斗内已经降温的混合料继续留在料斗边缘占位，保证混合料温度稳定。

(4)摊铺机操作控制。摊铺机在摊铺过程中应保证摊铺速度保持恒定，避免等料降速和突然提速，同时应保证行进路线的稳定。对于摊铺速度的选定，应根据摊铺机型号和试验段铺筑情况确定。

4.2.3 碾压控制

摊铺到路面上的沥青混合料，在大气环境中，热量散失和温度下降更快，碾压稍作迟缓将会错过最佳的碾压时机。特别是在低温和多风条件下施工，必须做好紧跟碾压，既能保障路面的压实度，也能保障路面的平整度。

(1)针对高原日气温变化幅度、大风天气较多的气候条件以及摊铺后混合料表层降温较快的情况，配备“三钢三胶”两钢轮初压、两胶轮复压，两钢两胶同进同退同步碾压，一胶轮全断面碾压，一钢轮紧跟收面的碾压工艺，如图8所示。

图8 碾压工艺

(2)沥青路面施工，混合料的温度控制十分重要，因此采用手持式红外测温仪及无人机载红外测温仪对温度进行全断面监控，为沥青路面施工提供了高效、精准的控制手段，如图9和图10所示。这也是无人机载红外测温系统首次在西藏高原地区高速公路建设中的应用，较大地提升了沥青路面的施工质量。

图9 手持式红外热成像仪监测碾压温度

图10 无人机搭载红外热成像仪监测碾压温度

(3)本项目第一次采用6m直尺在碾压过程中进行平整度实时监控。如图11所示，通过对初压平整度偏差较大的地方进行标记，并采用震动双钢轮对较高处沥青混合料进行强震的方法，及时对初压平整度进行调整。

图11 6m直尺实时监测平整度

(4)沥青混凝土路面在刚刚成型的路段，应严禁停放一切大型机械设备。这是因为刚刚成型的沥青混合料尚未降温至开放交通的条件，如果此时停放大型机械设备，会影响成型路面的平整度[8]。

4.3 高精度快速检测控制

相关研究表明，沥青混凝土路面平整度在层间存在传递效应，下承层的平整度会向上层结构进行传递[9-10]。因此，在路面铺筑前需要掌握下承层的平整度状况，在进行上一层铺筑时应对下承层平整度较差的路段进行铣刨处理，并进行严格的施工控制。

基于平整度传递理论，在每一结构层工后采用车载式高精度激光断面仪(图12)对路面平整度进行全路线测量，为施工单位控制上一层路面平整度提供了详细、精准的大数据支持。对于下承层平整度较差的路段进行标记，严重段落进行铣刨处理，在进行上一施工层摊铺时，进行重点调控。

图12 车载式高精度激光断面仪检测平整度

5 工程效果

该项目经过一系列初始平整度的控制措施，最终某标段沥青路面AC-13上面层路基段平整度IRI平均值达到了0.55m/km(表1)，为西藏沥青混凝土路面平整度提升总结了一套成功的技术经验。由表1可知，桥面平整度IRI平均值为0.74m/km，较路基段平整度偏差，这是由于桥头搭板处及桥面伸缩缝处平整度较差，因此桥头搭板及桥面伸缩缝的控制也是影响路面整体平整度的一大因素。

表1 某标段沥青路面AC-13上面层平整度

6 结语

随着交通强国建设的逐步深化，公路建设中对沥青混凝土路面的品质要求也逐步提升，平整度作为衡量沥青路面品质的重要指标之一，也越来越被重视。在公路工程建设过程中应更加重视路面初始平整度的控制，选用优质的原材料，严格控制施工工艺，保证工程质量，提升工程品质。